多轴编程与加工技术（初级） 课件 第三章 案例三连接体零件五轴数控加工

1+X职业技能等级证书《多轴数控加工》（初级）考核样题INTELLIGENT

MANUFACTURING案例三

连接体零件五轴数控加工零件概述装夹定位加工工艺制定UG

NX建模步骤加工编程策略UG加工模块前期设置粗铣各面刀轨设计粗铣曲面槽刀轨设计精铣底平面刀轨设计精铣直壁面刀轨设计010305070911精铣曲面槽刀轨设计020406081012孔加工刀轨设计C

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S目录连接体零件概述考核样题与材料规格本零件为1+X多轴数控加工（初级）考核样题。来料为Ф80×50mm精车2A12铝合金坯料，外圆柱面及长度尺寸已预先车削完成。关键特征与精度要求零件特征复杂，包含凸台、凹槽、曲面腔和孔。加工精度及表面质量要求较高，需采用四轴或五轴数控联动机床进行定向加工。设备选型方案本次案例选用GS-200i-AC双摆台五轴加工中心，配合芯轴专用夹具，实现一次装夹完成全部特征加工。图3-113连接体零件图连接体零件图与技术要求尺寸规格与公差标准毛坯规格：Ф80×50mm精车2A12铝合金坯料，已预车外圆。线性公差：未注线性尺寸公差严格符合GB/T1804-2000

标准。关键特征：包含凸台、凹槽、曲面腔和孔系，形位精度要求工艺技术要求与禁忌倒角处理：未注倒角均为C0.5，所有锐边需倒钝并去除毛刺飞边。表面禁忌：严禁使用油石、锉刀、纱布等工具加工零件表面。表面质量：严格控制表面粗糙度（Ra1.6/Ra3.2），确保无划痕。芯轴专用夹具介绍材质与基本结构夹具采用钢制材料制造，主体包含Φ100mm底座与

Φ80mm定位轴面，通过Φ13mm孔与机床连接。尺寸精度要求未注形状公差符合GB1184-80

标准。未注长度尺寸允许偏差+0.05mm。表面质量与工艺零件表面不得有刮伤、刮痕未注倒角C0.5，圆角R0.6零件去毛刺，锐边倒钝连接体装夹定位方案不完全定位原理采用不完全定位方式，利用夹具的2个关键限位面，精准限制工件的5个自由度（X/Y/Z移动及X/Y旋转），满足五轴定向加工对坐标系的特定需求。刚性连接接口芯轴专用夹具底面设计标准接口，直接与机床转台进行刚性连接，确保在高速铣削过程中工件的稳定性，减少振动误差。单次装夹策略结合GS-200i五轴机床特性，实现一次装夹即可完成除底面外的所有特征加工，避免多次装夹带来的定位误差，提升加工效率。限制5个自由度夹具底面连接转台CSYS1坐标系设定图3-116连接体装夹示意图连接体零件加工工艺总览加工原则先粗后精先主后次一次装夹完成全部加工设备型号GS-200i/5a五轴加工中心夹具芯轴专用夹具(XZ001)粗铣各面留余量0.2mm刀具:D10粗铣A面槽底留余量0.2mm刀具:D10精铣底平面各特征底面刀具:D8精铣侧壁各特征侧壁刀具:D8精铣曲面槽A面曲面刀具:D8R4定心点钻中心带倒角刀具:ZD6钻孔加工深孔钻循环刀具:Z6共5把刀具规格(mm)用途D10×38×75粗加工各面D8×35×65精加工底/壁D8R4×35×65精加工曲面D6×4×75定心点孔刀具选型明细表刀号 名称T1

合金立铣刀T2

合金立铣刀T3

球头铣刀T4

定心钻T5

麻花钻D6×80×120深孔加工各工步加工详情与切削参数加工设备GS-200i-AC双摆台五轴加工中心加工原则先粗后精、先主后次，共划分7大工步常用量具游标卡尺、深度尺、R规、百分表参数说明现场加工可根据实际工况（刚度/材料）微调工步工步内容刀具规格主轴转速切削速度进给速度切削深度(r/min)(m/min)(mm/min)(mm)1粗铣各面，侧壁留0.2mm，底面留0.1mmT1D10立铣刀580018015001.02粗铣A面槽底，留余量0.2mmT1D10立铣刀580018020000.53精加工各特征底平面T2D8立铣刀800020015000.14精加工各特征侧壁表面T2D8立铣刀800020015000.25精加工A面曲面槽T3D8R4球头刀800020015000.26定心钻点中心带倒角T4D6定心钻16004050-7钻孔（φ6通孔）T5D6麻花钻160040100-数据来源：连接体零件加工工序卡(Table

3-13)UGNX建模前期步骤从草图绘制到基础实体拉伸的标准化操作流程1绘制主体截面草图进入UGNX建模环境，选择【在任务环境中绘制草图】。依据零件图主视图尺寸，绘制包含直线与圆弧的封闭截面。关键操作要点：确保几何约束完整，避免欠约束。关键尺寸标注：pl6-28.0,pl5-8.0等。2实体拉伸与凸台造型完成草图绘制后，使用【拉伸】命令构建三维实体，并在此基础上添加凸台特征。主体拉伸：沿Z轴对称拉伸25mm，创建基础实体。凸台特征：UGNX建模中期特征创建矩形槽特征建模在28×8凸台顶平面绘制40×20mm矩形草图，执行拉伸求差操作，并添加倒角细节完成造型。曲面槽特征建模在主体A向平面创建18×36mm草图截面，通过拉伸求差生成型腔，完成复杂的曲面槽实体造型。孔阵列特征建模支持“多点直接绘制”与“单孔阵列”两种模式。阵列法需精确定位首孔，设置线性布局、指定矢量及间距参数（如12mm）。关键点：线性布局设置关键点：指定矢量方向图示：UGNX孔阵列特征参数设置界面及生成的带孔实体模型效果UGNX建模后期特征创建正方形凸台特征建模在六方形主体B向平面捕捉凸台侧面中心点，使用孔命令绘制∅6孔（深15mm），随后调用倒斜角命令完成正方形凸台的最终实体造型。台阶面特征建模在C向平面创建草图，绘制25×40及15×30矩形截面线。通过拉伸求差去除多余材料，并配合倒圆角操作，精确构建台阶结构。平底孔特征建模在E向平面创建草图，绘制∅25圆弧截面线。利用拉伸求差功能，确保孔底平整度符合图纸要求，完成最终零件的几何特征创建。图示：UG

NX台阶面拉伸求差与实体造型效果连接体加工编程策略总览分阶段加工原则遵循“先粗后精、先主后次”原则。粗加工侧重去除余量（侧壁留0.2mm/底面留0.1mm），精加工侧重保证尺寸精度与表面质量。多轴定向与工法利用五轴机床特性进行多面定向加工。平面特征主要采用底壁铣，曲面特征采用固定轴轮廓铣，孔系采用标准钻孔循环。数控加工刀轨模拟示意各工步加工详细策略表GS-200i/5a机床序号 工步名称 加工工法 刀具规格 关键策略参数01粗铣各面特征底壁铣D10合金立铣刀跟随周边，侧留0.2/底留0.1，步距70%02粗铣曲面槽底壁铣D10合金立铣刀跟随部件，自动壁，指定修剪边界03精铣各底平面底壁铣D8合金立铣刀跟随部件，底面余量0，步距60%-70%04精铣各直壁面底壁铣/轮廓D8合金立铣刀轮廓切削，侧壁余量0，刀具补偿设置05精铣曲面槽固定轴轮廓铣D8R4球头铣刀区域铣削驱动，螺旋深度加工，光顺连接06孔系加工钻孔/深孔钻D6定心钻/麻花钻单步移动/断屑循环，定心深度1.5mm粗加工工序精加工工序曲面加工切削参数需根据实际工况微调各工步加工刀轨与效果展示粗铣刀轨策略采用“跟随周边”切削模式，以恒定步距（70%刀具直径）进行高效去材。刀轴设置为垂直于第一个面，确保多轴定向加工的稳定性，侧壁与底面预留0.1-0.2mm余量。精铣刀轨策略底平面采用“跟随部件”，直壁面采用“轮廓”模式。曲面槽使用固定轴轮廓铣，配合球头刀进行区域铣削，严格控制内/外公差（0.003mm）以保证表面质量。孔加工刀轨策略包含定心点钻与深孔钻循环。点钻深度设为1.5mm以形成导向；深孔钻采用断屑循环，根据孔径优化进给率与转速，确保排屑顺畅与孔位精度。刀轨颜色含义：切削进给

(Cutting)快速移动

(Rapid)进/退刀

(Engage/Retract)步进/转移

(Stepover)UG加工模块程序组与刀具组创建程序组结构规划在【工序导航器】的【程序顺序】视图中，创建规范的程序组结构，确保加工逻辑清晰，便于后处理输出。粗铣各面精铣底平面精铣直壁面孔加工刀具参数配置依据工序卡要求创建5把标准刀具，并在机床视图中完成刀号与参数设置，确保与现场刀库一致。D10/D8

合金立铣刀(粗/精加工)D8R4

合金球头铣刀(曲面精加工)ZD6/Z6

定心钻&麻花钻(孔加工)坐标系与几何体设置MCS坐标系与安全平面在工序导航器中设置MCS铣削坐标系位置，并合理设定安全平面（如自动平面或指定距离），确保刀具在非切削移动过程中的避让安全。指定部件几何体在WORKPIECE父节点中，准确选取最终的“连接体”三维模型作为部件几何体，系统将以此为基准计算切削路径及过切检查。指定毛坯设置将上道工序（精车）的半成品模型设为毛坯，支持直接选择预制实体或使用包容圆柱体定义，确保加工余量计算准确。图3-129指定几何体与坐标系设置界面粗铣50×28型腔凸台刀轨设计全流程1

工序创建基础工序类型mill_planar(底壁铣)刀具选择D10合金立铣刀几何体指定部件:WORKPIECE切削区:凸台顶面/底面/矩形槽底面多轴加工要点刀轴必须设置为垂直于第一个面，这是符合多轴定向加工设计的关键设置。2

关键参数配置切削模式跟随周边切削方向顺铣/向外步距设置恒定(70%)岛清根勾选壁余量0.2mm底面余量0.1mm3

进刀与生成非切削移动封闭区域进刀螺旋(3°,H=1mm)开放区域进刀线性(L=1,

H=1)转移类型前一平面(S=1mm)进给率设置主轴转速5000r/min进给率1500mm/min生成刀轨并验证其他粗铣刀轨创建方法工序复制策略基于已验证的"粗铣50×28型腔凸台"刀轨，通过复制粘贴快速创建新工序，大幅提高编程效率并减少参数设置错误。关键参数调整指定切削区底面：重新选择对应的凸台或槽底面。空间范围设置：毛坯选择3D

IPW

（过程工件）。刀具延展量：调整为50%

刀具直径以优化路径。应用对象粗铣28×6凸台粗铣25×25凸台粗铣D25圆柱孔粗铣台阶槽通过修改切削参数中的空间范围为3D

IPW，确保多工步加工的毛坯继承性。UG

NX-参数设置粗铣曲面槽刀轨设计全流程工序初始化与几何体设置复制“粗铣50×28型腔凸台”刀轨并重命名。重新指定切削区底面，勾选“自动壁”，并设置修剪边界以限定加工范围。切削参数调整切削模式：选择跟随部件步距设置：恒定，最大距离60%刀具直径切削区域：空间范围选择“壁”，底面延伸设为“无”路径优化与进给设置设置封闭区域螺旋进刀与开放区域线性进刀。通过“非切削移动”中的起点/钻点功能调整下刀位置，优化刀具路径安全性。精铣50×28型腔凸台底平面刀轨设计工序与刀具配置复制粗铣刀轨至“精铣底平面”程序组，更换为D8合金立铣刀，确保精加工表面质量。切削模式与步距切削模式设为跟随部件，采用恒定步距，最大距离设为

70%

刀具直径，每刀切削深度为0mm。精度与余量控制最终底面余量设为0，侧壁余量保留0.22mm。内外公差均控制在0.003mm以满足高精度要求。切削用量设置主轴转速设定为7000r/min，切削进给率1500mm/min，保证加工效率与表面光洁度。其他精铣底平面刀轨创建高效复用策略通过复制“精铣50×28型腔凸台底平面”刀轨，保留基础切削参数，仅需重新指定切削区底面即可快速创建新工序。关键参数调整步距调整：最大距离设置为60%刀具直径。边界设置：圆柱孔及台阶槽需将指定修剪边界设为“面外边界”。目标特征覆盖25×25凸台D25圆柱孔台阶槽曲面槽上平面精铣50×28型腔凸台直壁面刀轨设计工序创建与刀具选择复制粗铣刀轨至“精铣直壁面”程序组，重命名工序。更换为D8精加工立铣刀，确保满足精加工表面质量要求。切削模式与步距设置切削模式调整为“轮廓”铣削，步距设置为恒定，最大距离为刀具直径的70%，每刀切削深度设为0，确保侧壁光洁度。非切削移动与刀补进刀类型设置为“圆弧”（半径1mm，角度90°）。开启刀具补偿，选择“最终精加工刀路”，以精确控制加工尺寸。切削参数与速度设置壁余量为0，最终底面余量0.01mm。主轴转速设为7000r/min，进给率1500

mm/min，提高加工效率。重点关注切削模式为"轮廓"及每刀切削深度设置P22其他精铣直壁面刀轨创建基于已有工序快速复用与参数调整工序复用策略复制已验证的精铣50×28型腔凸台直壁面刀轨，保留基础切削模式与非切削移动设置，提高编程效率。关键参数调整重新指定切削区底面与修剪边界步距最大距离调整为60%刀具直径确保刀轨更加致密，提升表面质量覆盖加工特征28×6凸台直壁面

D25圆柱孔直壁面25×25凸台直壁面台阶槽直壁面图示：带有坐标系（XM/YM/ZM）的多特征直壁面精加工刀轨路径精铣曲面槽刀轨设计全流程工序创建与刀具选择创建mill_contour

(固定轮廓铣)工序，程序组选“精铣曲面槽”。选用D8R4球头铣刀，利用球头特性适应曲面曲率变化，确保表面光洁度。刀轴矢量与几何体指定指定切削区域为曲面槽型腔面。关键设置刀轴为指定矢量（曲面槽平面法向），以适配五轴/四轴加工姿态，避免刀柄干涉。驱动方法与参数优化采用区域铣削驱动方法。设置顺铣、向外走刀模式；步距设为恒定0.1mm，内外公差控制在0.003mm，以满足高精度加工要求。切削参数与刀轨生成设置主轴转速8000rpm，进给率1500

mm/min。配置非切削移动中的进刀类型与安全平面，最终生成无过切的平滑刀轨。UG

NX-固定轴轮廓铣参数设置定心点钻工序刀轨设计工序类型选择创建工序时选择hole_making

类型，子类型设为

“钻孔”，选用定心钻工具，确保工艺类型匹配。加工几何体指定在特征几何体中选择需加工的Ф6孔位作为加工对象，精确识别孔位特征。钻孔深度设定设置钻孔深度为1.5mm，主要用于为